Mars war zur Hälfte bedeckt von einem Ozean

Die Existenz von Wasser auf dem Mars ist ein zentrales Thema in der planetaren Forschung. Frühere Studien haben bereits Hinweise auf Ozeane und Flüsse auf dem Mars geliefert, die auf eine einst feuchte und möglicherweise bewohnbare Umwelt hindeuten. Auch für die Valles Marineris – das grösste Canyonsystem des Mars, das sich entlang seines Äquators erstreckt – wurden Hinweise auf früheres Wasser und einen möglichen Ozean entdeckt. Diese stammen unter anderem aus Funden von Mineralien, die durch Wasser verändert wurden.

Ein Forschungsteam der Universität Bern hat in Zusammenarbeit mit dem INAF – Osservatorio Astronomico di Padova nun neue Erkenntnisse über die geologische Vergangenheit der Valles Marineris gewonnen: Die Forschenden haben mithilfe hochauflösender Bilder verschiedener Mars-Kameras beim Canyonsystem geomorphologische Strukturen gefunden, die Flussdeltas auf der Erde ähneln. Bei diesen Strukturen handelt es sich um die Mündung eines Flusses in einen Ozean. Die neue Studie liefert somit einen eindeutigen Beweis auf einen Küstenverlauf und folglich auf einen früheren Ozean auf dem Mars. Die Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift npj space exploration publiziert.

Berner Mars-Kamera liefert hochauflösende Bilder

Zur Untersuchung der geomorphologischen Strukturen des Mars nutzten die Forschenden hochauflösende Bilder verschiedener Kameras auf Mars-Sonden, unter anderem der Berner Mars-Kamera CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) an Bord des ExoMars Trace Gas Orbiter der Europäischen Weltraumorganisation ESA sowie Daten der ESA-Raumsonden Mars Express und Mars Reconnaissance Orbiter. Die Untersuchung konzentrierte sich auf die geomorphologischen Strukturen des Südost-Coprates Chasma, einem Teil der Valles Marineris.

«Die einzigartig hochauflösenden Satellitenbilder des Mars haben es uns ermöglicht, die Landschaft des Mars mit Vermessungen und Kartierungen ins kleinste Detail zu untersuchen», sagt Ignatius Argadestya, Doktorand am Institut für Geologie und am Physikalischen Institut der Universität Bern. Ignatius Argadestya forscht im Rahmen des «Swiss Government Excellence Scholarship for Foreign Scholars (ESKAS)» an der Universität Bern und ist Erstautor der Studie, die im Rahmen seiner Dissertation entstand. Diese wurde vom Schweizerischen Nationalfonds und durch das ESKAS finanziell unterstützt.

«Seit April 2018 liefert CaSSIS hochauflösende Farbbilder der Marsoberfläche. Die Bilder werden regelmässig in wissenschaftlichen Untersuchungen eingesetzt. Ich freue mich persönlich sehr, dass die Bilder nun auch in einer geomorphologischen Studie des Instituts für Geologie verwendet wurden», sagt Nicolas Thomas, Professor an der Abteilung Space Research & Planetary Sciences (WP) der Universität Bern, unter dessen Leitung das Kamerasystem CaSSIS von einem internationalen Team entwickelt und gebaut wurde, und das von der Abteilung Raumfahrt des SBFI durch das PRODEX-Programm der ESA (siehe Infobox) finanziert ist.

Flussdeltas als Hinweise auf einen früheren Ozean auf dem Mars

«Bei der Vermessung und Kartierung der Marsbilder konnte ich Berge und Täler erkennen, die einer Gebirgslandschaft auf der Erde ähneln. Besonders beeindruckt haben mich jedoch die Deltas, die ich am Rand eines der Gebirge entdeckte», sagt Argadestya. Am unteren Ende des Canyonsystems wurden sogenannte «Scarp-Fronted Deposits» entdeckt, die als «Fan-Deltas» interpretiert werden. Fan-Deltas entstehen dort, wo ein fächerförmiger Schuttkegel aus Geröll und Sand direkt in ein stehendes Gewässer hineinwächst. Die Forschenden konnten feststellen, dass die auf dem Mars kartierten Strukturen grosse Ähnlichkeiten mit klassischen Deltas auf der Erde aufweisen.

«Deltastrukturen entstehen an den Rändern von Ozeanen, wie wir aus zahlreichen Beispielen auf der Erde wissen», erklärt Fritz Schlunegger, Professor für Exogene Geologie am Institut für Geologie der Universität Bern. «Bei den Strukturen, die wir auf den Bildern identifizieren konnten, handelt es sich eindeutig um die Mündung eines Flusses in einen Ozean», so Schlunegger weiter. Die Studie bestätige und belege damit frühere wissenschaftliche Hinweise, dass es vor etwa drei Milliarden Jahren einen Ozean auf dem Mars gegeben habe.

Ein Ozean so gross wie der Arktische Ozean

Die Ergebnisse zeigen auch, dass der gefundene Ozean mindestens so gross war wie der Arktische Ozean auf der Erde. Schlunegger sagt: «Wir sind zwar nicht die ersten, welche die Existenz und die Grösse des Ozeans postulierten. Frühere Angaben basierten jedoch auf weniger präzisen Daten und zum Teil auf indirekten Argumenten. Unsere Rekonstruktion des Meeresspiegels basiert hingegen auf eindeutigen Hinweisen für eine solche Küstenlinie, da wir hochauflösende Bilder verwenden konnten.»

«Mit unserer Untersuchung konnten wir Hinweise auf den bislang tiefsten und grössten ehemaligen Ozean auf Mars liefern – einen Ozean, der sich über die Nordhemisphäre des Planeten ersteckte», sagt Argadestya. Heute bedecken durch Wind geformte Dünen die ehemaligen Deltastrukturen. Ihre ursprüngliche Form ist aber noch immer gut erkennbar.

Auf dem Mars könnten einst lebensfreundliche Bedingungen geherrscht haben

Die Entdeckung von Deltas und die Bestätigung der Hinweise auf einen ehemaligen Ozean legen nahe, dass auf dem Mars einst Bedingungen herrschten, die die Entstehung und Entwicklung von Leben begünstigt haben könnten. «Wir kennen den Mars als trockenen, roten Planeten. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass er in der Vergangenheit ein blauer Planet gewesen ist, ähnlich wie die Erde. Diese Erkenntnis zeigt auch, dass Wasser auf einem Planeten kostbar ist und eventuell auch mal verschwinden könnte», betont Argadestya.

«Dieses Projekt ist für uns Forschende aus der Geologie besonders spannend, weil es uns ermöglicht, Konzepte, die wir aus Untersuchungen auf der Erde entwickelt haben, auf andere Planeten wie den Mars zu übertragen», ergänzt Schlunegger. «Wir haben für diese Studie einen sedimentologischen Ansatz verwendet, das heisst, wir haben Ablagerungsräume zwischen der Erde und dem Mars verglichen.» Die Forschungsgruppe wird nun in einem nächsten Schritt die mineralogische Zusammensetzung der alten Marsböden untersuchen. «Da wir jetzt wissen, dass Mars ein blauer Planet war, möchten wir auch wissen, welche Art der Verwitterung dort stattgefunden hat», sagt Argadestya abschliessend.